Espaço

Entenda o ângulo beta solar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/06/2009

[Imagem: NASA/Kim Shiflett]

A NASA adiou o lançamento do ônibus espacial Endeavour, que seria enviado para uma missão de 16 dias na Estação Espacial Internacional, em razão de um vazamento no sistema que descarrega o hidrogênio vaporizado do seu tanque principal.

Janela de lançamento

Ainda que a origem do problema seja descoberta e sanada no dia seguinte, o ônibus espacial não poderá ser lançado antes de 11 de Julho, quando se abrirá uma nova janela de lançamento.

Mas por que essa janela ficará fechada por tanto tempo se a Estação Espacial dá uma volta em torno da Terra a cada uma hora e meia e não fica a mais do que 400 quilômetros de altitude?

Ângulo beta solar

A demora deve-se a um efeito conhecido como ângulo beta solar, o ângulo entre o plano da órbita da Estação e uma linha imaginária traçada do Sol à Terra. A magnitude desse ângulo define o tempo durante o qual a Estação Espacial ficará sob a incidência direta da luz solar.

O ângulo beta solar varia ao longo do ano devido à alteração na inclinação do eixo da Terra em relação à sua órbita ao redor do Sol e à distorção no formato da Terra na altura do Equador, que também varia ao longo do ano. Esses efeitos acumulados fazem a órbita da Estação Espacial variar até 5 graus por dia.

Questões elétricas e questões térmicas

A incidência direta do Sol tem duas implicações importantes para a Estação. A primeira é a questão elétrica, determinando a quantidade de energia que seus painéis solares poderão gerar. A segunda é térmica, exigindo alterações de órbita para que o sistema de resfriamento da Estação possa ficar longe do Sol o tempo suficiente para exaurir o excesso de calor acumulado em sua estrutura.

Quando o ângulo beta solar é mais elevado, a Estação fica menos tempo na sombra da Terra e deve variar sua altitude para manter seus sistemas de refrigeração fora da ação direta da luz solar. Quando ele é menos pronunciado, ela deve variar sua altitude, se necessário, para manter o nível de geração de eletricidade pelos seus painéis.

Embora não tenha painéis solares, os ônibus espaciais também estão sujeitos à questão termal. É por isso que a primeira atividade de todos os voos é abrir as tampas do compartimento de carga, o que é feito assim que os ônibus espaciais entram em órbita. Os radiadores de freon que retiram o calor tanto dos equipamentos, quanto da estrutura metálica dos ônibus espaciais, que se aquece pela incidência do Sol, ficam localizados no interior do compartimento de carga.

Voo quase-inercial

Para que os ônibus espaciais se acoplem à Estação, é necessário que três condições estejam sendo atendidas simultaneamente: o adequado controle térmico da Estação, a geração de energia em nível suficiente e o adequado controle térmico do ônibus espacial.

Quando o ângulo beta solar supera 60 graus, não é possível atender a todas as três condições. A NASA descreve esses períodos como de "apagão beta", que determinam o "fechamento das janelas de lançamento".

Nesses períodos, a Estação Espacial precisa assumir um modo de voo quase-inercial, no qual sua orientação em relação ao Sol é fixa e sua orientação em relação à Terra está sempre mudando. Com isso, os painéis solares ficam voltados quase diretamente para a Sol, mantendo a capacidade de geração de eletricidade.

Mas esse movimento quase-inercial tem seus custos: o ambiente espacial onde a Estação se encontra é chamado de vácuo, mas está longe de ser um vácuo perfeito: há partículas que causam um arrasto sobre as espaçonaves. Esse arrasto é maior quando a Estação está nesse modo de voo, mais ou menos como quando se coloca a mão para fora do carro em movimento, com os dedos apontados para a frente ou com a mão espalmada.

Finalmente, a resposta

O torque resultante desse arrasto tende a fazer a Estação Espacial girar ao longo do seu centro de massa. Se o ônibus espacial se acoplasse, o arrasto aumentaria e toda a estabilidade da órbita e da altitude da Estação estaria comprometida.

Como a quantidade de combustível a bordo da Estação é limitada, a NASA determina que o acoplamento não se dê durante esses períodos de órbita quase-inercial.

Além disso, a posição sempre voltada para o Sol não atende às exigências termais dos ônibus espaciais, que sofreriam superaquecimento.

Uma situação assim vai começar no dia 22 de Junho e durará até 10 Julho. É por isto que a próxima data possível para o lançamento do Endeavour foi estabelecida para 11 de Julho, um dia depois do fim do apagão beta.

O ângulo beta solar máximo é de 75 graus, a soma da inclinação da órbita da Estação Espacial, que é de 51,6º, e da inclinação do eixo da Terra em relação à sua órbita ao redor do Sol. A partir de 70 graus, a Estação Espacial ficaria permanentemente no Sol, não experimentando períodos noturnos.